Ультразвуковая технология обработки пищевых продуктов
С увеличением потребительского спроса и ужесточением правил в области пищевых продуктов и охраны окружающей среды традиционные технологии обработки пищевых продуктов утратили свои лучшие характеристики, что привело к появлению передовых технологий. Ультразвук - это быстрая, многоцелевая, развивающаяся и многообещающая экологически безопасная неразрушающая технология, применяемая в пищевой промышленности в последние годы. Ультразвук используется в различных областях пищевой технологии, таких как кристаллизация, замораживание, отбеливание, дегазация, экстракция, сушка, фильтрация, эмульгирование, стерилизация, резка и т. Д. В качестве эффективного инструмента консервации ультразвук широко используется в таких областях пищевой промышленности, как такие как фрукты и овощи, крупы, мед, гели, белки, ферменты, микробная инактивация, зерновые технологии, водоподготовка и молочная технология. . . .
Вступление
За прошедшие годы минимальный спрос пищевой промышленности на обработанные пищевые продукты привел к серьезным изменениям в методах обработки, поскольку в критических условиях некоторые технологии обработки снижают их уровень питательности и биодоступность, вызывая физические и химические изменения, тем самым снижая сенсорное восприятие секса. Поэтому, чтобы сохранить питательные, непитательные (биологическая активность) и сенсорные свойства, пищевая промышленность разработала новые щадящие методы обработки, которые заменят эти технологии. Ультразвуковой метод - одна из быстроразвивающихся технологий, направленных на сокращение обработки, улучшение качества и обеспечение безопасности пищевых продуктов. Ультразвуковая технология как ключевая область исследований и разработок в пищевой промышленности основана на механических волнах с частотой, превышающей предел человеческого слуха (GG gt; 16 кГц), которые можно разделить на два частотных диапазона: низкоэнергетический и высокая энергия. Низкоэнергетический (маломощный, низкоинтенсивный) ультразвук выше 100 кГц на частотах ниже 1 Вт / см2, а высокоэнергетический (мощный, высокоинтенсивный) ультразвук на частотах от 20 до 500 кГц выше 1 Втсм − 2.
Типичный диапазон частот, обычно используемых в ультразвуковой технологии, составляет от 20 кГц до 60 кГц. В качестве аналитического метода высокочастотный ультразвук используется для получения информации о физических и химических свойствах пищевых продуктов, таких как кислотность, жесткость, содержание сахара и зрелость. Низкочастотный ультразвук изменяет физические и химические свойства пищи, вызывая давление, сдвиг и разницу температур в среде, которую он распространяет, и создает вакуоли, тем самым инактивируя микроорганизмы в продуктах питания. Ультразвуковая обработка подходит для контроля качества свежих овощей и фруктов до и после сбора урожая, обработки сыра, коммерческого пищевого масла, хлеба и зерновых продуктов, сыпучих и эмульгированных жирных продуктов, пищевых гелей, газированных продуктов и замороженных продуктов. Другие приложения включают обнаружение фальсификации меда и оценку состояния агрегации, размера и типа белка. Частотный диапазон и спектр низкочастотного ультразвука, а также ядерный магнитный резонанс (ЯМР) в настоящее время являются наиболее популярными, практичными и широко используемыми методами неразрушающего анализа. На протяжении многих лет низкочастотный ультразвук успешно использовался для изучения физико-химических и структурных свойств жидких пищевых продуктов.
Механизм
Применение ультразвуковых волн в жидких системах может вызвать акустическую кавитацию, то есть образование, рост и возможное разрушение пузырьков. Когда ультразвуковые волны распространяются, пузырьки колеблются и лопаются, вызывая тепловые, механические и химические эффекты. Механические эффекты включают давление схлопывания, турбулентность и напряжение сдвига, в то время как химические эффекты не имеют ничего общего с образованием свободных радикалов. Зона кавитации создает чрезвычайно высокую температуру (5000 К) и давление (1000 атм). В зависимости от частоты ультразвука чередующееся положительное и отрицательное давление, создаваемое локально, может вызвать расширение или сжатие материала, что приведет к разрыву клеток. Ультразвук может гидролизовать воду в колеблющихся пузырьках с образованием свободных радикалов H + и OH. Эти свободные радикалы могут быть захвачены в определенных химических реакциях. Например, свободные радикалы могут участвовать в структурной стабилизации, связывании субстрата или каталитической функции ферментов. Аминокислота очищена. Этот ультразвуковой эффект разрушения значительно подавляется однородной жидкостью.
Пузырьки, образующиеся при ультразвуковой обработке, можно разделить на две категории в зависимости от их структуры:
Образование большого нелинейного пузырькового облака с равновесным размером во время цикла давления называется стабильным кавитационным пузырьком.
Нестабильное, быстрое схлопывание и распад на более мелкие пузырьки называют внутренними (переходными) кавитационными пузырьками.
Эти маленькие пузырьки быстро растворяются, но во время процесса растяжения пузырька пограничный слой массопереноса становится тоньше, а площадь поверхности раздела больше, чем площадь границы раздела, когда пузырь лопается. Это означает, что воздух, поступающий в пузырек во время стадии растяжения, больше воздуха, выходящего во время стадии разрыва. многие.
заявление
В настоящее время ультразвуковая технология широко используется почти во всех областях, таких как медицинское сканирование ультразвуком, обработка минералов, нанотехнологии, технология производства продуктов питания и напитков, неразрушающий контроль, промышленная сварка, очистка поверхностей, очистка окружающей среды и т. Д. широко используется в пищевой промышленности. озабоченность. Ультразвук, как технология, не чувствительная к нагреванию, широко используется в термочувствительных продуктах питания, поскольку он сохраняет сенсорные, питательные и функциональные свойства, одновременно увеличивая срок хранения, микробную безопасность и удаляя бактериальные биопленки. За последние несколько десятилетий применение ультразвука в обработке и тестировании было оптимизировано, поэтому применение ультразвука для эмульгирования, пеногашения, обеззараживания, экстракции, очистки сточных вод, экструзии и тендеризации мяса стало коммерческим. Кроме того, ультразвуковое излучение, низкочастотный источник энергии, широко используется для улучшения процессов предварительной обработки, таких как дегазация, кристаллизация, осаждение, выщелачивание, очистка, экстракция, подготовка проб для разложения и изменение функциональных свойств пищевых белков и структурные свойства жировых продуктов (акустическая кристаллизация) и способствуют извлечению биологически активных ингредиентов. Хорошие эффекты ультразвука в пищевой промышленности включают улучшение сохранности продуктов, содействие термической обработке, улучшение массопереноса, а также изменение структуры и анализа продуктов питания. С современным развитием ультразвуковой электроники / конструкции преобразователей, новые системы ультразвукового контроля и системы ультразвукового контроля продолжают развиваться, а ультразвуковая технология также получила значительное развитие.
